论文部分内容阅读
摘要：介绍了数字信号处理技术（DSP），DSP技术以及为什么采用DSP技术。并论述了DSP技术与传统单片机相比较具有的优点和它未来的发展趋势。
关键词：DSP；DSP技术
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0044-01
一、引言
数字信号处理（Digital Signal Processing，即DSP），起源于上个世纪80年代，是一门涉及到许多学科并且广泛应用在很多领域的热门学科。它利用微型计算机、专用处理设备，以数字方式对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别处理，得到人们需要的信号形式。它紧紧围绕着数字信号处理的理论、实现以及应用发展。
二、DSP技术
数字信号处理（DSP）的理论基础涉及的范围非常广泛。比如微积分、概率统计、随机过程、数值分析等数学基础是数字信号处理的基本工具，同时它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信原理、故障诊断，传感器技术等密切相关，还有近些年来蓬勃发展的一些学科：人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。
正是由于有这些理论发展的前提基础，和广泛的市场需求，DSP处理的器件也应运而生，在广泛应用在各个领域的同时得到迅速的发展。世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司发布的S2811，在这之后，1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个非常重要的里程碑。即使这两种芯片内部没有现代DSP芯片的单周期乘法器，但是他们为DSP的蓬勃、迅速发展奠定了很重要的基础。接着，1980年，日本NEC公司推出了第一个具有乘法器的商用DSP芯片，随后，美国德州仪器公司（TI公司）推出一系列DSPs产品，广泛地应用在信号处理的各个领域。
三、DSP技术的优点
和单片机比较而言，DSPs具有集成度高、CPU快速、存储器容量大，并内置了波特率发生器、FIFO缓冲器，可提供高速、同步串口、标准异步串口。一些dsp芯片内还集成了模数转换、采样/保持电路，PWM输出。DSP芯片采用改进的哈佛结构，内置高速硬件乘、加法器，多级流水线，使DSPs的数据运算大幅度提高。
据统计分析DSPs比传统的16位单片机单指令执行时间快8到10倍，一次乘加运算的时间快16到30倍。DSPs还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT（快速傅里叶变换）、滤波器的运算速度。与此同时，DSPs提供JTAG接口和先进的开发手段，使得批量生产、测试更为方便。开发工具ccs可实现全空间透明仿真，软件开发具有汇编/链接C编译器、C源码调试器，有很强的可移植性。
总的来说，DSPs器件具有以下优点：
1.在一个指令周期内能够完成一次乘法、一次加法；
2.程序空间以及数据空间分开，能够同时访问指令和数据；
3.片内具有快速RAM，可通过独立的数据总线同时访问多片RAM；
4.具有循环、跳转的硬件支持；
5.快速的中断处理、I/O（输入输出）支持；
6.在单周期内可同时操作多个硬件地址产生器；
7.并行操作流畅；
8.支持流水线操作方便，使取指、译码和执行等操作可以同步、重叠进行。
同时，它还具有精度高，抗干扰能力强，稳定性好，功耗低以及编程方便，接口简单，电路集成方便等方面的优势。
四、DSP技术的发展趋势
随着数字化的进程快速提高，DSPs技术的地位不断突显，作为数字化处理的基础技术，实时处理数字信号都是由通用型或专业性的DSPs来完成的。正是因为DSPs这种强大的实时处理能力，使得DSPs在声音信号处理、图像处理、模式识别方面不可或缺。随着数字时代的不断前行，它未来的发展趋势可以从以下两个方面来完善：
（一）与ARM（Advanced RISC Machines）相结合。ARM架构是面向低预算市场设计的一款RISC微处理器，以32位单片机的行业标准，提供一系列内核、体系扩展、微处理器以及系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。ARM具有较强的事务管理功能，在控制方便具有很强的优势，而DSPs具有强大的数据处理能力和很高的运行速度。将两者结合起来可以更好的进行数字信号处理，以及实现相应的控制功能。
（二）与FPGA（Field Programmable Gate Array）结合使用。即与现场可编程门阵列巧妙的结合起来。FPGA是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础发展起来的，是ASIC（即为专用集成电路）中集成度最高的一种电子设备。FPGA采用逻辑单元阵列（Logic Cell Array），包括可配置逻辑模块（Configurable Logic Block）、输出输入模块（Input Output Block）以及内部连线（Interconnect）三部分。通过对FPGA内部逻辑模块、I/O模块的配置，可以实现不同的逻辑状态。同时，FPAG还具有静态可重复编程、动态在系统重构的特性，这使得硬件的功能能够像软件一样通过编程来实现。它与DSP芯片集成，可以在很大程度上提高信号处理的速度，将会使得DSPs在无线通信、多媒体领域有更加广泛的应用。
参考文献：
[1]刘艳萍.DSP 技术原理及应用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005
[2]戴明桢,周建江.TMS320C54x DSP 结构原理及应用[M].北京:北京航天航空大学出版社,2001
[3]彭启宗.TMS320C54x 实用教程[M].成都:电子科技大学出版社,2004
[4]张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP 芯片的原理与开发应用[M](第3版).北京:电子工业出版社,2003
[5]http://tech.dianyuan.com/article-8-7589.html
关键词：DSP；DSP技术
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0044-01
一、引言
数字信号处理（Digital Signal Processing，即DSP），起源于上个世纪80年代，是一门涉及到许多学科并且广泛应用在很多领域的热门学科。它利用微型计算机、专用处理设备，以数字方式对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别处理，得到人们需要的信号形式。它紧紧围绕着数字信号处理的理论、实现以及应用发展。
二、DSP技术
数字信号处理（DSP）的理论基础涉及的范围非常广泛。比如微积分、概率统计、随机过程、数值分析等数学基础是数字信号处理的基本工具，同时它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信原理、故障诊断，传感器技术等密切相关，还有近些年来蓬勃发展的一些学科：人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。
正是由于有这些理论发展的前提基础，和广泛的市场需求，DSP处理的器件也应运而生，在广泛应用在各个领域的同时得到迅速的发展。世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司发布的S2811，在这之后，1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个非常重要的里程碑。即使这两种芯片内部没有现代DSP芯片的单周期乘法器，但是他们为DSP的蓬勃、迅速发展奠定了很重要的基础。接着，1980年，日本NEC公司推出了第一个具有乘法器的商用DSP芯片，随后，美国德州仪器公司（TI公司）推出一系列DSPs产品，广泛地应用在信号处理的各个领域。
三、DSP技术的优点
和单片机比较而言，DSPs具有集成度高、CPU快速、存储器容量大，并内置了波特率发生器、FIFO缓冲器，可提供高速、同步串口、标准异步串口。一些dsp芯片内还集成了模数转换、采样/保持电路，PWM输出。DSP芯片采用改进的哈佛结构，内置高速硬件乘、加法器，多级流水线，使DSPs的数据运算大幅度提高。
据统计分析DSPs比传统的16位单片机单指令执行时间快8到10倍，一次乘加运算的时间快16到30倍。DSPs还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT（快速傅里叶变换）、滤波器的运算速度。与此同时，DSPs提供JTAG接口和先进的开发手段，使得批量生产、测试更为方便。开发工具ccs可实现全空间透明仿真，软件开发具有汇编/链接C编译器、C源码调试器，有很强的可移植性。
总的来说，DSPs器件具有以下优点：
1.在一个指令周期内能够完成一次乘法、一次加法；
2.程序空间以及数据空间分开，能够同时访问指令和数据；
3.片内具有快速RAM，可通过独立的数据总线同时访问多片RAM；
4.具有循环、跳转的硬件支持；
5.快速的中断处理、I/O（输入输出）支持；
6.在单周期内可同时操作多个硬件地址产生器；
7.并行操作流畅；
8.支持流水线操作方便，使取指、译码和执行等操作可以同步、重叠进行。
同时，它还具有精度高，抗干扰能力强，稳定性好，功耗低以及编程方便，接口简单，电路集成方便等方面的优势。
四、DSP技术的发展趋势
随着数字化的进程快速提高，DSPs技术的地位不断突显，作为数字化处理的基础技术，实时处理数字信号都是由通用型或专业性的DSPs来完成的。正是因为DSPs这种强大的实时处理能力，使得DSPs在声音信号处理、图像处理、模式识别方面不可或缺。随着数字时代的不断前行，它未来的发展趋势可以从以下两个方面来完善：
（一）与ARM（Advanced RISC Machines）相结合。ARM架构是面向低预算市场设计的一款RISC微处理器，以32位单片机的行业标准，提供一系列内核、体系扩展、微处理器以及系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。ARM具有较强的事务管理功能，在控制方便具有很强的优势，而DSPs具有强大的数据处理能力和很高的运行速度。将两者结合起来可以更好的进行数字信号处理，以及实现相应的控制功能。
（二）与FPGA（Field Programmable Gate Array）结合使用。即与现场可编程门阵列巧妙的结合起来。FPGA是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础发展起来的，是ASIC（即为专用集成电路）中集成度最高的一种电子设备。FPGA采用逻辑单元阵列（Logic Cell Array），包括可配置逻辑模块（Configurable Logic Block）、输出输入模块（Input Output Block）以及内部连线（Interconnect）三部分。通过对FPGA内部逻辑模块、I/O模块的配置，可以实现不同的逻辑状态。同时，FPAG还具有静态可重复编程、动态在系统重构的特性，这使得硬件的功能能够像软件一样通过编程来实现。它与DSP芯片集成，可以在很大程度上提高信号处理的速度，将会使得DSPs在无线通信、多媒体领域有更加广泛的应用。
参考文献：
[1]刘艳萍.DSP 技术原理及应用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005
[2]戴明桢,周建江.TMS320C54x DSP 结构原理及应用[M].北京:北京航天航空大学出版社,2001
[3]彭启宗.TMS320C54x 实用教程[M].成都:电子科技大学出版社,2004
[4]张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP 芯片的原理与开发应用[M](第3版).北京:电子工业出版社,2003
[5]http://tech.dianyuan.com/article-8-7589.html